家用电器遥控器的设计.docx

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家用电器遥控器的设计

浙江理工大学本科毕业论文诚信声明

本人郑重声明：

我恪守学术道德，崇尚严谨学风。

所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。

论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：

日期：

年月日

摘要

近年来，近距离无线传输技术是发展最快、最引人注目的技术。

现代的遥控器是一种用来远控机械的装置，主要是由集成电路电板和用来产生不同信息的按钮所组成。

目前市场上遥控器的种类很多，就控制对象的不同，遥控器包括电视遥控器、风扇遥控器等，这些我们可以称为家用遥控器，当然也包括工业生产控制等很多方面的遥控。

而就其信号传输方式的不同我们可以分为红外，蓝牙等，因为红外遥控具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，而被广泛的应用。

本论文设计了一种基于红外线的无线遥控开关。

系统以AT89S52单片机为核心，以红外线为传输媒介，实现数据的无线传输。

为方便人机对话接口，用键盘输入即可以实现的无线传输去控制开关。

采用红外线传输突显了无线传输方式的方便性及优越性；采用单片机控制取代了以往的直接编码芯片的呆板及落后，而且方便系统的改进和升级，灵活性和适应性更强。

本课题主要完成硬件遥控器发射和接收电路的设计及软件设计，画出PCB，最后做出实物并且进行调试。

通过示波器测试发射信号和接收信号波形，对系统进行调试，更加形象的对信号的调制解调进行研究。

本系统主要由发送和接收两部分组成，系统发送电路中首先检测p2口的状态，并通过串口经红外发射。

在接收电路中由接收端收到并将信息传到单片机，由单片机去控制开关状态，最终实现对风扇和门铃的遥控控制。

关键词：

遥控；单片机；红外线；串行通信；无线载波

ABSTRACT

Inrecentyears,ashortdistancewirelesstransmissiontechnologyisthefastestgrowing,mostnotablytechnology.Modernremotecontrolisamuchusedtocontrolmechanicaldevices,mainlybytheelectriccircuitboardandusedtogeneratedifferentmessagescomposedbutton.Currentlyonthemarket,manydifferenttypesofremotecontrolonthecontrolofdifferentobjects,includingremotecontrolTVremotecontrol,remotecontrolfan,whichcanbereferredtoashomeremotecontrol,includingindustrialproduction,andmanyotheraspectsofcontroloftheremotecontrol.Andonitstransmissioncanbedividedintodifferentinfrared,Bluetoothandsoon.Becausetheinfraredremotecontrolwithastronganti-interferenceability,reliablemessaging,lowpowerconsumption,lowcost,easytoachievesuchasignificantadvantageofawiderangeofapplicationshasbeen.Inthispaper,thatisintroducedbasedontheinfraredwirelessremotecontrolswitchoftheDesignandImplementation.

ThissystemtaketheAT89S52monolithicintegratedcircuitasacore,taketheinfraredasthetransmissionmedium,realizedthedatawirelesstransmission.Theusingofinfraredtransmissiondemonstratetheconvenienceandthesuperiorityofwirelesstransmissionmode;TheusingofMCUtosubstituteforthestereotypeandbackwardofdirectcodechip;what’more,itbringstheconvenienceofsystemimprovementandpromotion,theflexibilityandthecompatibilityarestronger.Lastly,thecorrespondencebetweenthemonolithicintegratedcircuitandthecomputercanbebuildedfreelythroughthechangementoftransmissionagreement.

Thesystemmainlyconsistsofsendingpartsandreceivingparts.Theassignmentsofsendingpartsincludedatacollection,datadisplay,datacoding,carrierandthedeliveryofdata;Theassignmentsofreceivingpartsincludesignalreception,demodulation,decodinganddisplayofdata.Bythecombinationofhardwareandsoftware,itcanachievethedatatransmissioncorrectly.

Keywords：

remotecontrol；MCU；Infrared；SerialCommunication；Wirelesscarrier

摘要

Abstract

1.2遥控控制概述1

第2章系统总体设计5

2.1系统基本组成及工作原理5

第3章系统硬件电路设计11

3.1发送系统硬件电路设计11

3.1.1AT89S52单片机模块设计…………………………………………………………….11

3.1.2按键电路模块设计…………………………………………………………………....12

3.1.3载波电路模块设计…………………………………………………………………....13

3.1.4发射电路设计……………………………………………………………………...…..19

3.2　接收系统硬件电路设计20

3.2.1AT89S52单片机模块设计…………………………………………………………….20

3.2.2接收电路模块设计………………………………………………………………...….20

3.2.3控制电路设计………………………………………………………………………....22

3.3印制电路板的制作22

第4章系统软件设计24

4.1发送系统软件设计24

4.1.1发送系统串口软件设计…………………………………………………………...…..24

4.1.2发送系统主程序流程……………………………………………………………........27

4.2接收系统软件设计28

4.2.1接收系统串口软件设计……………………………………………………………....28

4.2.2接收系统控制软件设计…………………………………………………………...…28

4.2.3接收系统主程序流程……………………………………………………………...…29

第5章系统调试及分析30

5.1串口通信调试总结30

5.2红外线传输与接收调试总结30

第六章结论31

参考文献32

致谢34

附录35

第1章绪论

1.1研究背景

随着人们生活水平的不断提高，科学技术的不断进步，数码无线遥控技术取代传统手动开关已成为现代人追逐的潮流。

众所周知，早期的数据交换大多用一张或若干张软盘就可以搞定，可如今动辄几兆、几十兆、甚至上千兆的数据量，软盘已经无能为力，如何能够进行高速、准确的传输成为人们极为关注的焦点问题之一。

信息传输可以简单地分为有线（包括架设光缆、电缆或租用电信专线）和无线（分为建立专用无线数据传输系统或借用ＣＤＰＤ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ等公用网信息平台）两大方式[1]。

相比较，有线通信的优点是数据传输可靠性较高，但需铺设较多明线，而有些领域由于条件所限，难以铺设线路；与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、无线抄表、门禁系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡以及无线232数据通信、无线485／422数据通信、无线数字语音和数字图像传输等。

在工业、科学研究以及医疗设备中，目前出现了大量需要进行通信的设备，这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。

传统的机械式手动开关已经越来越满足不了现代人追求完美生活空间的需要。

因此遥控器逐渐成了人们的日常生活毕不可少的一部分。

一般短距离的控制电器设备，我们可使用蓝牙或红外，而我们家用的遥控器最普遍的就是基于红外线建立的无线数据传输，即红外线传输方式（IrDA）。

本设计就是基于红外和单片机来实现控制的。

最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。

红外线比红光具有更大的热作用，穿透能力也很强，用它来烘干东西既快又好。

红外线穿透能力很强，可以利用它来染合成纤维织物。

相信，随着人们对红外线传输方式（IrDA）的更深入研究，这么无线传输方式将会在更多的领域得到应用，给人们的生活带来更大的便利。

因此，基于以上这些优点，我们拟从这些方向作进一步的研究探索。

1.2遥控控制概述

无线遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。

这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。

作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。

　　常用的遥控开关遥控系统一般分发射和接收两个部分。

　　发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用，但使用者必须真正懂得电路原理，否则还是用遥控器来的方便。

　　接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。

超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。

由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。

超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜[2]。

1.3红外线概念

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。

结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。

因此得到结论：

太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm，见图1-1光谱图中的放大部分[3]。

图1-1光谱图

在红外线中又分为三部分，即近红外线，波长为0.75~1.50μm之间；中红外线，波长为1.50~6.0μm之间；远红外线（又叫长波红外线），波长为6.0~l000μm之间。

其中波长8~14微米的远红外线对人极具保健功能，又被誉为育成光线，也叫生命光线[4]。

红外线是不可见光线。

所有高于绝对零度（－273℃）的物质都可以产生红外线。

现代物理学称之为热射线。

其中波长为900～1000nm的红外波可以用来作通信信息的载体，发射装置把二进制信号经过高频调制后发送出去，接收装置把接收的红外高频信号解调为原来信息。

经过载波调制的红外发射抗干扰性强，平均功耗小等诸多优点[5]。

1.4红外线在无线数据传输中的应用

红外线传输方式（IrDA），采用850～900nm的红外线传输,其传输的距离与传输速度成反比,最快可达16Mbps，但距离必须在1m以内;相反的如果传输速度降至75kbps,其传输距离则可达到5m以上[6]。

另外红外线有接收角度的限制。

红外线设备之间的连接原理是：

红外线设备的发射端和接收端都具有调变和解调的功能，当两个红外线设备进入彼此的作用区域后，设备可以自动检测其他连接或者通过用户请求来创建连接，并向其他设备发送连接请求（包括地址、数据速率和其他功能信息）。

响应的设备充当辅助角色，并返回包含地址和功能的信息。

接着，发送方和接受方将数据速率和连接参数更改为由初始信息传送定义的公用设置。

最后，发送方向接受方发送数据，确认连接成功。

然后连接设备在主设备的控制下开始数据传送。

在两个IrDA设备间发生红外线数据连接传输时，连接上的所有传输均从主（发送）设备到辅助（接收）设备。

发送方的确定发生在连接建立之初,并且持续到连接关闭（见图1-2）。

图1-2　红外传输示意图

1.5研究内容及意义

本设计即是利用上述的红外传输方式来完成与实现的。

当发送设备和接收设备之间的距离在作用范围内时，发送方通过按键无线控制开关。

通过本系统的学习与设计，可以更加深刻的认识红外线在无线数据传输系统中的应用。

在整个设计过程中，要对无线通信系统进行硬件设计。

首先，整个电路都是在阅读多方面资料的基础上自行设计。

另外为了提高自己的动手操作能力，本次设计没有采用万能板焊接电路，而是通过画原理图、做PCB，腐蚀、打孔，焊接等多步才设计出了能进行初步测试的红外线无线传输硬件系统。

还要对无线通信系统进行软件设计及相应的调试。

所以，通过本次设计，对自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。

系统中的主要技术指标：

（1）传输距离大于30cm；

（2）红外线的波长范围：

波长为900～1000nm；

（3）调制频率：

32.768kHz；

（4）波特率：

9600baud；

（5）2块单片机控制，双电源供电，低功耗设计。

第2章系统总体设计

2.1系统基本组成及工作原理

整个设计分为发送电路（发射模块）和接收电路（接收模块）两个部分。

发射部分由用户操作，通过按键控制；接收电路则在1米以外。

通过红外线发射二极管的发送，可以在接收端收到并相应的开关打开。

整个方案需要解决三个问题：

发送电路设计，接收电路设计，发送电路与接收电路之间的通信。

发送电路主要由AT89S52单片机，人机界面（键盘输入），红外调制及发射装置所构成；接收器主要由AT89S52单片机，红外接收及解调模块与控制模块构成。

其框图见图2-1。

图2-1系统框图

现具体分析框图中每个模块的作用。

把其按功能分为两个部分——发送电路与接收电路。

发送电路主要是输入待传输的数据，并将数据通过红外线传输给接收电路，接收电路接收信号。

基于系统方案，具体实现的功能如下：

1、考虑到本设计主要功能是用来实现红外线的无线传输，仅按键部分也可以有多种方案，如按键直接和单片机I/O口相连，或采用行列式键盘，前者不占MCU的CPU资源，但浪费I/O口，适合按键较少的系统，而后者可以减少I/O口的占用。

比较上面两种方案，由于本设计用到的按键较少，因此采用第一种方案更方便使用[7]。

2、发端/收端单片机控制模块。

由于该系统要分发送和接收两部分，所以要使用两块单片机来分别控制两部分。

AT89S52是一个高性价比的单片机。

而其他主控芯片不是功能欠完善就是功能过于强大，所以考虑到最大限度的利用芯片资源本方案两块单片机均采用AT89S52作为控制模块。

发端控制模块主要用来实现把采集到的数据处理，再传给后续的信号调制模块；收端的控制芯片则用来把接收到的解调信号进行处理。

3、数据调制/发送模块。

利用波长为900～1000nm的红外波作为信息的载体，发射装置把二进制信号经过35.48kHz（理论上计算）载波的调制后发送出去。

其中载波用555定时器来实现，用来调制二进制信号，然后通过红外发射二极管发射信号[8]。

4、红外接收模块。

目前一体化红外线接收器的种类与型号很多，如VISHAY公司、JRC（新日本株式会社）等均有自己的系列芯片，当前主流用的如TSOP1738，NJL41系列。

考虑到NJL41系列屏蔽功能比较差，所以采用红外接收管TSOP1833解调高频红外信号。

当TSOP1833接收到高频红外信号时，接收管输出低电平；当TSOP1833没有接收到高频信号时，接收管将输出高电平。

由此可从接收到的高频信号中解调出数据信息[9]。

2.2主要器件选型

本系统中主要用到的器件主要有红外线接收头、发送头、单片机。

红外线接收头采用的是TSOP1833，它是目前比较流行的一体化红外线接收器，当其没有接收到信号时，接收管将输出高电平，有高频信号输入时，则可以直接输出TTL电平。

单片机采用的是AT89S52。

由于单片机是整个系统的控制中心，现重点介绍。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

下面是我收集和总结的有关AT89S52的相关介绍。

主要性能参数：

·与MCS-51单片机产品兼容

·8K字节在系统可编程Flash存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：

0Hz～33Hz

·三级加密程序存储器

·32个可编程I/O口线

·三个16位定时器/计数器

·八个中断源

·全双工UART串行通道

·低功耗空闲和掉电模式

·掉电后中断可唤醒

·看门狗定时器

·双数据指针

·掉电标识符[9]

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

其引脚排列如图2-2[10]。

图2-2AT89S52引脚图

下面为信号引脚介绍：

输入/输出口线

P0.0～P0.7P0口8位双向口线；

P1.0～P1.7P1口8位双向口线；

P2.0～P2.7P2口8位双向口线；

P3.0～P3.7P3口8位双向口线；

P3口除了作为一般的I／O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2-1所示[10]：

表2-1单片机P3口第二功能表

口线

第二功能

信号名称

P3.0

串行数据接收

P3.1

串行数据发送

P3.2

外部中断0申请

P3.3

外部中断1申请

P3.4

定时器/计数器0计数输入

P3.5

定时器/计数器1计数输入

P3.6

外部RAM写选通

P3.7

外部RAM读选通

RST：

复位输入。

晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN：

外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。

当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。

为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。

在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端[11]。

固态继电器：

（1）固态继电器概述

我认为固态继电器（SSR）本质上讲它就是一个开关，不过它与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。

SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。

固态继电器有三部分组成:

输入电路，隔离（耦合）和输出电路。

安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。

有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。

固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。

固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。

交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管[8]。

（2）固态继电器的原理

SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大